超浅埋大断面隧道下穿既有道路的施工方法与流程

本发明属于超浅埋大断面隧道施工方法领域，具体涉及一种超浅埋大断面隧道下穿既有道路的施工方法。

背景技术：

随着我国公路交通的飞速发展，公路隧道领域也取得了前所未有的成就。超浅埋、大断面、下穿构筑物等隧道，越来越多的出现在具体的实际工程中。对于超浅埋大断面隧道的施工方法方面，广大科技工作者进行了很多的研究，并取得了很多的成果。

目前国内外对超浅埋大断面隧道的施工时，多采用在大管棚、小导管进行超前支护的前提下，采用双侧壁导坑或者crd法进行施工。这种传统的施工方法在控制周围岩体变形上确实有明显的效果，但是由于该方法具有各分部施工相互干扰、施工周期长、临时支护量较大、工程造价高等缺陷，并不受到施工方的青睐。同时，在超浅埋大断面隧道下穿既有道路时，路面行车荷载直接作用在拱顶的地层上，对施工安全造成严重的威胁。即便是封闭路面交通，对隧道的变形和稳定起到了一定的作用，但是这一做法对于高速公路、国道等重要交通设施影响极大。

因此，传统的施工方法已经不能满足工程生产的需求，一种新的、减少工期、降低造价，同时又不影响地面交通的超浅埋大断面隧道下穿既有公路的施工方法已成为急需。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超浅埋大断面隧道下穿既有道路的施工方法，达到减少施工工期、降低工程造价、减少地面交通影响的目的。

本发明所采用的技术方案为：

超浅埋大断面隧道下穿既有道路的施工方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：采用数值模拟软件计算超浅埋大断面隧道开挖对既有道路地表沉降的影响范围，以此来确定隧道正上方路面钢桥的架设长度；

步骤二：当隧道还未开挖至下穿段时，在远离隧道开挖面一侧的地表路面架设钢桥，同时在隧道出口段反向施作超长管棚；

步骤三：隧道洞内采用crd法短进尺开挖，并待到掌子面开挖至隧道中心线与地面中心线相交处时，拆除之前架设的钢桥，并将钢桥重新架设在另一侧的道路路面上；

步骤四：待到隧道内下穿既有道路段的二次衬砌完全施作完成时，即可拆除钢桥，恢复路面交通。

步骤一具体由以下步骤实现：

根据当地的地形地质情况以及隧道的开挖参数，采用midas数值模拟软件进行数值分析，确定既有道路路面的各点的地表沉降值；

然后根据《城市轨道交通工程检测技术规范》（gb50911-2013）和《公路隧道施工技术规范》（jtgf60-2009）对监控量测值有无影响的判定原则，确定对既有道路安全基本无影响，根据数值模拟的地表沉降值，确定既有道路路面钢桥的架设长度。

步骤二中，在隧道出口段反向施作超长管棚的具体步骤为：

在隧道的出口处开挖明洞段拱部，然后制作套拱，并安装导向管，用钻机向隧道入口处钻孔，在钻孔处插入管棚设计的钢管，打到下穿段对面山体的基岩上，并进行压密注浆。

步骤三中，隧道洞内采用crd法短进尺开挖的具体步骤为：

采用短进尺施工，各个开挖断面施工步距为1m；

首先开挖隧道的左上导坑，开挖完毕后及时架设钢拱架和钢筋网片，并进行初喷混凝土施工；

然后开挖隧道的左下导坑，开挖完毕后及时架设钢拱架和钢筋网片，并进行初喷混凝土施工；

左上左下开挖之后快速封闭成环，紧接着进行右上导坑和右下导坑的开挖和支护。

施工过程中，在路面布置两条地表沉降监测测线，采用高精度电子水准仪对地表沉降值进行监测，反馈路面沉降信息。

本发明具有以下优点：

本发明通过在下穿段的既有道路路面架设装配式钢架便桥、出口段反向超长管棚施工以及采用crd法开挖相结合的方式实现。此三种施工作业面不重叠、工序之间不相互干扰，有效减少了施工工期、降低了工程造价，同时减少了隧道施工对于地面交通的影响。

附图说明

图1为新建下穿隧道与既有道路的位置图。

图2为隧道下穿段数值模拟示意图。

图3为地表路面沉降量示意图。

图4为钢架便桥架设的示意图。

图5为crd法开挖断面图。

图6为crd法开挖步骤图。

图7为地表沉降路面测点布置图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的超浅埋大断面隧道下穿既有道路的施工方法，具体包含以下步骤：

在隧道下穿地面既有道路之前，采用数值模拟软件计算超浅埋大断面隧道开挖对既有道路地表沉降的影响范围，以此来确定隧道正上方路面便桥的架设长度。当隧道还未开挖至下穿段时，即可在远离隧道开挖面一侧（双向两车道）的地表路面架设钢桥，同时在隧道出口段反向施作超长管棚。隧道洞内采用crd法短进尺开挖，并待到掌子面开挖至隧道中心线与地面中心线相交处时，拆除之前架设的钢桥，并将钢桥重新架设在另一侧的道路路面上。待到隧道内下穿既有道路段的二次衬砌完全施作完成时，即可拆除钢桥，恢复路面交通。施工过程中，对路面地面控制点进行沉降监测，反馈隧道下穿施工对既有道路地表沉降的影响。

所述采用数值模拟软件计算超浅埋大断面隧道开挖对既有道路地表沉降的影响范围，具体为：根据当地的地形地质情况以及隧道的开挖参数等，采用midas数值模拟软件进行数值分析，确定既有道路路面的各点的地表沉降值。然后根据《城市轨道交通工程检测技术规范》（gb50911-2013）的规定，本地表沉降监测控制值取20mm，位移速率取3mm/d。同时参考《公路隧道施工技术规范》（jtgf60-2009）对监控量测值有无影响的判定原则。选取当实测累计沉降值小于1/3的地表沉降监测控制值时，即6.5mm时，确定对既有道路安全基本无影响。根据数值模拟的地表沉降值，确定既有道路路面便桥的架设长度。

所述当隧道还未开挖至下穿段时，即可在远离隧道开挖面一侧（双向两车道）的地表路面架设钢桥，具体为：在隧道下穿既有道路时，一般是垂直下穿或者有一定交角的下穿施工。当隧道还未开挖至下穿段时，在远离隧道开挖面的一侧，架设装配式钢桥，钢桥的架设可以采用悬臂推出法。即在隧道的两侧，预先安装好贝雷摇滚和平滚，桥梁的大部分构件在推出一侧地面上分节段拼装，然后用人力或机械牵引，将桥梁平稳而缓慢地推出，直达对岸摇滚后就位。

所述在隧道出口段朝入口段反向施作超长管棚，具体为：在隧道的出口处开挖明洞段拱部，然后制作套拱，并安装导向管，并用钻机向隧道入口处钻孔，在钻孔处插入管棚设计的钢管，打到下穿段对面山体的基岩上，并进行压密注浆。

所述的隧道洞内采用crd法开挖，具体为:采用短进尺施工，各个开挖断面施工步距为1m。首先开挖隧道的左上导坑，开挖完毕后及时架设钢拱架和钢筋网片，并进行喷混凝土施工。然后开挖隧道的左下导坑，开挖完毕后及时架设钢拱架和钢筋网片，并进行喷混凝土施工。左上左下开挖之后快速封闭成环，紧接着进行右上导坑和右下导坑的开挖和支护。

所述待到掌子面开挖至隧道中心线与地面中心线相交处时，拆除之前架设的钢桥，并将钢桥重新架设在另一侧的道路路面上，这样可以尽量减小行车荷载对于开挖断面的影响。待到隧道内下穿既有道路段的二次衬砌完全施作完成时，即可拆除钢桥，恢复路面交通。

所述对路面地面控制点进行沉降监测，具体为：在路面布置两条地表沉降监测测线，采用高精度的电子水准仪对地表沉降值进行监测，反馈路面沉降信息。

实施例

本发明以宝汉高速某隧道为例，该隧道为双向分离式隧道单洞三车道，左线隧道长420m，右线隧道长509m，属短隧道；隧道建筑界限净高5.0m，净宽为14m；隧道开挖断面为158.8m²，为大断面隧道。新建隧道出口暗挖段处于既有316国道之下，隧道埋深最浅处仅仅为4.02m。新建隧道下穿316国道与既有道路的位置图如图1所示。该段为全-强风化片麻岩，颜色为浅灰色-黄褐色，变晶结构，岩体节理裂隙发育，岩芯呈碎屑及碎块状。316国道汉中-留坝段道路左侧为山体，右侧为河流，地形地质条件复杂，是汉中到宝鸡的唯一通道，车流量大，且多为重大型卡车，这些因素极大的增加了施工的难度。

本发明具体实施步骤如下：

（1）根据改隧道周边地形地质情况以及隧道的开挖参数等，采用midas数值模拟软件进行数值分析，确定既有道路路面的各点的地表沉降值。建立数值模拟模型如图2所示，路面沉降图如图3所示。

（2）根据《城市轨道交通工程检测技术规范》（gb50911-2013）的规定，本地表沉降监测控制值取20mm，位移速率取3mm/d。同时参考《公路隧道施工技术规范》（jtgf60-2009）对监控量测值有无影响的判定原则。选取当实测累计沉降值小于1/3的地表沉降监测控制值时，即6.5mm时，确定对既有道路安全基本无影响。由隧道开挖对地表路面沉降无影响的范围可以得出路面既有道路上钢架便桥为36m。

（3）当隧道还未开挖至下穿段时，在远离隧道开挖面的一侧，架设装配式钢桥。本施工方案装配式钢桥的架设采用悬臂推出法。即指先在隧道的两侧，预先安装好贝雷摇滚和平滚，桥梁的大部分构件在推出一侧地面上分节段拼装，然后用人力或机械牵引，将桥梁平稳而缓慢地推出，直达对岸摇滚后就位。在桥梁架设和推出的整个过程，要始终保持桥梁的整体平衡，使桥梁重心落在推出岸摇滚的后面，并随时纠正桥梁在推出过程中的位置，使桥梁的轴线与设计桥轴线一致。为保证桥梁重心在推出岸摇滚之后，在正桥的前端另拼装几节导梁，待桥梁完成推出后，再予拆除。钢桥架设完毕在通车之前，对桥梁进行全面检查，确保所有构件均安装正确，所有螺栓均固定牢靠。钢架便桥的架设如图4所示。

（4）在隧道下穿段出口处向掌子面开挖方向采用双层φ159×10mm超前管棚加固。施工时，先施作导向墙，然后安排大管棚施工。该管棚施工采用钻孔成孔后再送管，利用电动力驱动钻头，利用水平钻机及特制钻杆先打设水平孔，成孔前将孔位编号，按照编号顺序进行钻孔。水平孔形成后,再将管棚钢管送入孔内达设计长度，每条管棚成孔后利用钻机将钢花管旋转插入孔中，做好孔口封闭，待全部大管棚施工结束后及时进行注浆施工，注浆材料使用水泥浆液。水泥浆体采用试验室提供配比严格进行拌制，压浆压力控制在1-2mpa。

（5）隧道洞内采用crd法开挖，开挖工序示意图如图5、图6所示。本隧道采用短进尺施工，各个开挖断面施工步距为1m。首先开挖隧道的左上导坑，开挖完毕后及时架设钢拱架和钢筋网片，并进行喷混凝土施工。然后开挖隧道的左下导坑，开挖完毕后及时架设钢拱架和钢筋网片，并进行喷混凝土施工。左上左下开挖之后快速封闭成环，紧接着进行右上导坑和右下导坑的开挖和支护。初期支护为全断面喷射c25混凝土，厚28cm，拱墙挂设双层φ8钢筋网，钢筋网间距为20×20cm，全断面设i22b型钢架，间距为每榀50cm；边墙搭设φ22砂浆锚杆，锚杆长4m，间距1m×1m梅花形布置；二次支护为全断面60cm厚的c30钢筋混凝土结构，其内设格栅钢架加强，格栅钢架采用4根φ22主筋、φ12箍筋间距20cm，钢格栅间距50cm，并和初期支护钢拱架间隔设置。临时中隔壁及临时仰拱采用喷锚防护，喷射混凝土厚度为22cm，设i2型钢拱架，间距50cm。中隔壁采用超前小导管支护，自拱顶向下设11根间距40cm，隔3.3m打设一环，外插角12度，中隔壁沿墙壁设间距为1m的早强砂浆锚杆。

（6）当掌子面开挖至隧道中心线与地面中心线相交处时，拆除之前架设的钢桥，并将钢桥重新架设在另一侧的道路路面上。待到隧道内下穿既有道路段的二次衬砌完全施作完成时，即可拆除钢桥，恢复路面交通。

（7）在隧道施工时需要严格控制地表既有道路的沉降（以右线为例），防止隧道在开挖过程中对于比表路面的影响过大。以右线为例，316国道附近建立右线地表沉降监测水准基准点bm1、bm2和bm3三个，组成二等垂直监测网；两条地表沉降监测断面gy01（共14个测点，其中gy01-8点在隧道中轴线上，里程桩号yk159+792）和gy02（共9个测点，其中gy02-5点在隧道中轴线上，里程桩号yk159+800）。沉降观测点标志选用φ10mm，长100mm的道钉，沉降标志用钻机在路面钻孔并灌注水泥砂浆，确保沉降点标志埋设稳固可靠。地表沉降监测布置如图7所示，地表沉降监测结果如下表1所示。

（8）根据监测结果，新建隧道右洞路面沉降共2两个断面，共计23个监测点，其沉降值均未超过《城市轨道交通工程检测技术规范》（gb50911-2013）的规定沉降允许值20mm。其中，仅gy02监测断面中6点累计沉降量达到13.36mm，没有超过允许值的2/3，说明本发明采用的施工方法安全可靠。同时，根据工程提前完工以及隧道安全贯通的情况来看，本发明采用的在路面敷设钢架便桥、出口段反向施作管棚同时隧道内采用crd法相结合的施工方法，不仅架设钢架便桥减少了地面行车荷载对于隧道拱顶的作用，而且管棚施工的作业面与隧道内施工不重叠，节省了施工工期，降低了工程造价。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。